2019 Fiscal Year Annual Research Report
結晶スポンジ法によるゲノムマイニングのワークフロー刷新
| Project/Area Number |
19J22015
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokyo |
|---|
Principal Investigator |
和田 直樹 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
|
| Keywords | 結晶スポンジ法 / 合成生物学 / 生合成 / 天然物化学 / 単結晶X線構造解析 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
結晶スポンジ(CS)法およびCS法適合性スクリーニングを合成生物学におけるゲノムマイニング・生合成経路解析のワークフローに組み込むことを目指し、1年目は生合成経路を改変した遺伝子組み換え生物より取得された天然物試料の解析を2件実施した。ジオスゲニンは植物から得られ、避妊薬の原材料として工業的にも重要なステロイド化合物である。本研究では植物由来の酸化酵素をコレステロールに作用させて得られた合成中間体に対しCS法を適用した。本中間体はCS法適合性スクリーニングによりCS錯体へ親和性を示し、構造解析が実施可能であることが示唆された。実際に本中間体をCS錯体に包接させたところ単結晶X線構造(SXRD)解析によって化合物の構造が容易に観測され、先行研究によるNMR解析では正確な議論が困難であった酸化部位の立体配置を決定できた。また、別の植物から取得されたテルペン環化酵素に由来する炭素数20のジテルペン化合物の構造解析にもCS法を適用した。本化合物もCS錯体に包接され、SXRD解析によってメチル基と水酸基の配置が区別可能である程度には良好な解析結果が得られた。この結果は、生合成経路研究のワークフローにおける下流（天然物の構造解析）において、CS法が顕著な研究期間加速の効果をもたらすことを実証するものである。つづいて、本ワークフローの上流（生合成酵素による天然物の産生作業）においてもCS法によるスケールダウン効果をもたらすべく、現在新規テルペン環化酵素による代謝物の単離抽出・構造解析を実施中である。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2件の共同研究において立体配置が決定された天然物はいずれも非結晶性であったことから、分析対象化合物の結晶化作業を必要としないCS法の利用を前提としなければ、SXRD法による厳密な立体配置解析は不可能であった。これら天然物はテルペノイドに分類されるものであったが、テルペノイドは自然界において植物・糸状菌等の広範な生物で産生され、いくつかは有用な薬理活性を示すことが知られている。本研究課題における成果は、特にテルペノイドの生合成経路研究・構造解析においてCS法が顕著な研究期間加速の効果をもたらすことを支持するものである。
加えて、いくつかのテルペノイドをCS錯体に包接させた際、溶媒を介したゲスト化合物・CS錯体の分子間相互作用が観測された。これを踏まえ、CS法の試料作製における溶媒条件を検討したところ、従来CS錯体に不向きとされていた親水性溶媒もCS法における有用な溶媒であることが示された。これは、特定の化合物群の構造解析にCS法で取り組むことで、CS法そのものの解析対象範囲が拡張された好例でもある。
|
| Strategy for Future Research Activity |
新規テルペン環化酵素による代謝物の単離抽出・構造解析を遂行中である。生体を用いた生合成反応では代謝物が多くの場合微量（培養液1リットルあたり約1ミリグラム未満）しか得られないため、その立体配置解析においてCS法による構造解析が極めて有効であることが予想される。生合成研究の下流（代謝物の構造解析）のみならず、上流（代謝物の培養・単離抽出）において、CS法による実験系全体のスケールダウン効果、ならびにCS法適合性スクリーニングによる事前の解析可能性評価が有用であることを示す。
|
